13个物种中SGR和SGRL基因家族成员的全基因组鉴定及其在高粱幼苗干旱胁迫下的表达情况

《Tropical Plant Biology》：Genome-Wide Identification of SGR and SGRL Gene Family Members in Thirteen Species and their Expression Under Drought Stress in Sorghum bicolor Seedlings

　　

摘要

叶片衰老是一种由基因调控的发育过程，对于养分重新分配以及植物适应环境压力至关重要。SGR和SGRL基因家族在调控叶绿素降解途径中起着关键作用。本研究对13种单子叶和双子叶植物的SGR和SGRL基因进行了全基因组分析。我们共发现了23个SGR基因和17个SGRL基因，它们分别编码31种和28种蛋白质。系统发育分析将这些蛋白质分为两组和四个亚组，其进化关系与物种形成事件相一致。内含子-外显子结构分析显示各亚组内存在保守结构。亚细胞定位预测表明这两个基因家族的蛋白质都会被定向到质体中；而底物特异性分析则提示SGR和SGRL可能存在于叶绿体的不同区域，不过基于GFP的证据显示这两种蛋白质都位于类囊体膜上，这表明功能特化可能是通过其他机制而非空间分离实现的。调控分析发现了1,661个顺式作用元件，这些元件与应激、光照和激素反应相关，其中以响应脱落酸的元件最为丰富。转录后调控则通过miR164和miR159等miRNA家族来实现，体现了多层面的调控机制。功能网络分析显示SbSGR和SbSGRL与关键的叶绿素代谢酶之间存在相互作用网络，而在耐旱品种‘Kimia’和敏感品种‘Sepideh’遭受干旱胁迫时的差异表达分析则揭示了品种特有的模式：‘Kimia’中SbSGR迅速被抑制，同时SbSGRL短暂上调；而‘Sepideh’中SbSGR逐渐下降，SbSGRL则持续上调。总体而言，SGR和SGRL基因表现出显著的进化分歧，以及在空间分布、调控和功能方面的复杂特化。它们协同 yet 各自独立地发挥作用，促进叶绿素分解和叶片衰老，帮助植物精准调控生长发育及应对环境压力。这一研究框架为未来验证相关机制以及开发提高作物抗逆性的生物技术策略提供了依据。